碳纳米复合薄膜制备方法及其在激光超声检测中的用途技术

一种碳纳米复合薄膜制备方法，其特征在于所述的制备方法包括：制备CNT薄膜，利用匀胶机制备PDMS聚合物湿膜，将CNT薄膜压印到PDMS聚合物湿膜层；固化形成CNT‑PDMS复合薄膜。一种CNT‑PDMS复合薄膜，其特征在于所述的CNT‑PDMS复合薄膜包含CNT薄膜层和PDMS聚合物湿膜层，其结构为双层结构；CNT‑PDMS复合薄膜作为激光超声检测系统的光声转换增强介质使用，使用过程中，CNT‑PDMS复合薄膜粘贴在被测目标体表面。

【技术实现步骤摘要】
碳纳米复合薄膜制备方法及其在激光超声检测中的用途
本专利技术涉及一种碳纳米复合薄膜的制备方法及其激光超声检测中的用途。
技术介绍
自从1990年日本NEC公司的电镜学家Lijiama发现和制备出碳纳米管(CNT)以来，CNT由于其独一无二的力学、电学、光学和热学等物理特性而受到广泛关注。2010年，密歇根大学L.JayGuo课题组报道了基于碳纳米管复合材料的激光超声换能器产生的超声频谱带宽高达120MHz，是目前所报道的激光超声换能器中超声带宽最宽的器件。但制备这种激光超声换能器的工艺复杂，生长CNT所需的设备费用高昂。伦敦大学学院AdrienE.Desjardins课题组利用混合(all-in-one)型结构制备出基于CNT复合溶液的光纤激光超声换能器，但混合型结构中溶质的低分散性和团簇现象未能解决。在传感器领域，利用CNT溶液制备柔性致动器的工艺已用于实现力学传感器以及自组装的软体机器人等领域。随着超声技术的发展，激光超声技术在生物医学超声成像和工业无损检测中发挥着重要的作用。关于激光超声换能器有各种各样的研究，包括数学建模和分析、有效的吸收材料、广泛应用的光纤换能器以及超声波聚焦和整形。高效的激光超声透射能显著增加压力，有效提高穿透深度，甚至对组织提供有用的热机械效应。高效的激光超声传输对高激光吸收、低热容、大热弹性膨胀的新型材料提出了更高的要求。但目前的激光超声检测系统一般是激光直接激励被测目标，由于热弹性效应等作用产生超声信号，通过检测超声信号进行缺陷检测，但这种方法受被测目标对热吸收的影响，激光超声的转换效率比较低，因此导致的检测灵敏度低。
技术实现思路
本专利技术的目的是克服现有激光超声检测系统中光声转换效率低的缺点，提出一种碳纳米管(CNT)与聚二甲基硅氧烷(PDMS)相结合的复合薄膜的制备方法及其在激光超声检测系统中的用途。本专利技术将CNT-PDMS复合薄膜应用在激光超声检测系统中，可提高激光超声转换效率。碳基薄膜可以增强光声转换效率。碳基的材料包括炭黑、石墨烯、碳纳米管和碳纳米纤维等。碳基薄膜的制作工艺大多先在基体上生长光热转化材料，再将热弹性材料集成到光热材料外表面，形成三明治结构的薄膜。由于CNT纳米结构特性，以及其高光吸收率能够迅速形成温度梯度，产生热应力；PDMS的低热容和高热膨胀系数能够激发出宽频带、高幅度超声波，本专利技术采用CNT薄膜和PDMS聚合物湿膜的双层复合薄膜作为增强介质用于激光超声检测系统对被测目标体的缺陷检测，可以提高激光超声的超声频宽和幅度，增强超声接收信号的强度，提高检测信号的信噪比，因此引入CNT-PDMS复合薄膜作为增强介质。本专利技术采用低压抽滤方法和旋涂方法分别制备CNT薄膜和PDMS聚合物湿膜，再利用按压方法将两层薄膜复合形成CNT-PDMS复合薄膜。本专利技术制备CNT-PDMS复合薄膜方法步骤为：制备CNT薄膜，制备PDMS聚合物湿膜，将CNT薄膜压印到PDMS聚合物湿膜层；固化形成CNT-PDMS复合薄膜。本专利技术CNT-PDMS复合薄膜制备具体制备方法如下：第一步，制备CNT薄膜层：首先准备低压抽滤装置，将碳纳米管(CNT)溶液进行低压抽滤，通过氧化铝无机过滤膜抽滤后得到碳纳米管薄膜，其中控制CNT溶液的浓度范围在5％-30％之间，制备的CNT薄膜的厚度范围在20微米-80微米之间。第二步，制备PDMS聚合物湿膜，包括：清洗石英玻璃衬底表面，用高强脉冲激励进行等离子体处理，等离子体处理时间为30～300s，随后将石英玻璃衬底浸入含氟硅烷甲苯浓度为5vol％的溶液进行玻璃表面处理，实现其疏水性功能；将聚二甲基硅氧烷与固化剂以10:1质量比混合，得到混合溶液，混合液超声水浴法处理5min，然后真空脱气30min，除去混合溶液中的气泡，得到PDMS溶液，将PDMS溶液滴在石英玻璃衬底上，开启匀胶机，转速4000转，得到厚度均匀的透明PDMS聚合物湿膜。第三步，固化形成CNT-PDMS复合薄膜，包括：将抽滤得到的碳纳米薄膜压印到PDMS聚合物湿膜层，揭开氧化铝过滤膜，得到CNT-PDMS复合湿膜；然后将所述的CNT-PDMS复合湿膜放置于恒温箱，80℃下保温2小时，固化后去除石英玻璃衬底，得到CNT-PDMS复合薄膜。由于CNT-PDMS的高激光吸收率，高的热传导率、低比热容和高热膨胀系数，本专利技术使用CNT-PDMS复合薄膜作为激光超声检测系统的光声转换增强介质。所述的CNT-PDMS复合薄膜，其特征在于所述的CNT-PDMS复合薄膜包含CNT薄膜层和PDMS聚合物湿膜层，其结构为双层结构；双层结构的CNT-PDMS复合薄膜制备过程包括：制备CNT薄膜，CNT-PDMS复合薄膜制备PDMS聚合物湿膜，将CNT薄膜压印到PDMS聚合物湿膜层；固化形成CNT-PDMS复合薄膜双层结构。所述的CNT薄膜层制备方式为：将碳纳米管(CNT)溶液进行低压抽滤，通过氧化铝无机过滤膜抽滤后得到碳纳米管薄膜，其中控制CNT溶液的浓度范围在5％-30％之间，制备的CNT薄膜的厚度范围在20微米-80微米之间。所述的PDMS聚合物湿膜层具体的制备过程包括：清洗石英玻璃衬底表面，用高强脉冲激励进行等离子体处理，等离子体处理时间为30～300s，实现其疏水性功能；然后将聚二甲基硅氧烷与固化剂以10:1质量比混合，得到混合溶液，混合液超声水浴法处理5min，然后真空脱气30min，除去混合溶液中的气泡，得到PDMS溶液，将PDMS溶液滴在石英玻璃衬底上，开启匀胶机，转速4000转，得到厚度均匀的透明PDMS聚合物湿膜。所述的固化形成CNT-PDMS复合薄膜双层结构制备过程包括：将CNT薄膜层压印到PDMS聚合物湿膜层，揭开氧化铝过滤膜，先得到CNT-PDMS复合湿膜，然后将CNT-PDMS复合湿膜放置于恒温箱，80℃下保温2小时固化，固化后去除石英玻璃衬底，得到CNT-PDMS复合薄膜。所述CNT-PDMS复合薄膜粘贴在被测目标体表面，其中CNT-PDMS复合薄膜的PDMS聚合物湿膜层与被测目标体表面紧密黏贴，激光光束的辐照面为CNT-PDMS复合薄膜的CNT薄膜层。本专利技术中的CNT-PDMS复合薄膜包含CNT薄膜层和PDMS聚合物湿膜层，具备双层结构不仅可以减少超声波衰减，而且能提高检测信号的信噪比，且制备过程简单、成本低易于大规模生产。附图说明图1为本专利技术CNT-PDMS复合薄膜制备流程图。具体实施方式以下结合图1所示的CNT-PDMS复合薄膜制备流程进一步说明本专利技术。本专利技术制备CNT-PDMS复合薄膜方法步骤为：制备CNT薄膜，制备PDMS聚合物湿膜，将CNT薄膜压印到PDMS聚合物湿膜层；固化形成CNT-PDMS复合薄膜。实施例1第一步，制备CNT薄膜层：首先准备低压抽滤装置，将碳纳米管溶液进行低压抽滤，通过氧化铝无机过滤膜抽滤后得到碳纳米管薄膜，控制CNT溶液的浓度为5％，抽滤30分本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种碳纳米复合薄膜制备方法，其特征在于，所述的制备方法步骤如下：/n制备CNT薄膜，制备PDMS聚合物湿膜，将CNT薄膜压印到PDMS聚合物湿膜层；固化形成CNT-PDMS复合薄膜。/n

【技术特征摘要】
1.一种碳纳米复合薄膜制备方法，其特征在于，所述的制备方法步骤如下：
制备CNT薄膜，制备PDMS聚合物湿膜，将CNT薄膜压印到PDMS聚合物湿膜层；固化形成CNT-PDMS复合薄膜。


2.根据权利要求1所述的碳纳米复合薄膜制备方法，其特征在于，所述制备CNT薄膜，包括：
将碳纳米管(CNT)溶液进行低压抽滤，通过氧化铝无机过滤膜抽滤后得到碳纳米管薄膜，其中控制CNT溶液的浓度范围在5％-30％之间，制备的CNT薄膜的厚度范围在20微米-80微米之间。


3.根据权利要求1所述的碳纳米复合薄膜制备方法，其特征在于，所述制备PDMS聚合物湿膜，包括：
清洗石英玻璃衬底表面，用高强脉冲激励进行等离子体处理，等离子体处理时间为30～300s，实现其疏水性功能；
将聚二甲基硅氧烷与固化剂以10:1质量比混合，得到混合溶液，混合液超声水浴法处理5min，然后真空脱气30min，除去混合溶液中的气泡，得到PDMS溶液，将PDMS溶液滴在石英玻璃衬底上，开启匀胶机，转速4000转，得到厚度均匀的透明PDMS聚合物湿膜。


4.根据权利要求1所述的碳纳米复合薄膜制备方法，其特征在于，所述的固化形成CNT-PDMS复合薄膜，包括：
将抽滤得到的碳纳米薄膜压印到PDMS聚合物湿膜层，揭开氧化铝过滤膜，得到CNT-PDMS复合湿膜；
然后将所述的CNT-PDMS复合湿膜放置于恒温箱，80℃下保温2小时，固化后去除石英玻璃衬底，得到CNT-PDMS复合薄膜。


5.一种CNT-PDMS复合薄膜，其特征在于，
所述CNT-PDMS复合薄膜包含CNT薄膜层和PDMS聚合物湿膜层，其结构为双层结构；
双层结构的CNT-PDMS复合薄膜制备过程包括：制备CNT薄膜，...

【专利技术属性】
技术研发人员：晋涛，夏慧，梁基重，刘国强，亢银柱，张娜，王璇，李建萍，王桐，
申请(专利权)人：国网山西省电力公司电力科学研究院，中国科学院电工研究所，
类型：发明
国别省市：山西;14